子基

子基

子基是與拓撲有關的概念。設(X,T)為拓撲空間,S⊂T,若S的元的所有有限交的族為T的基,則稱S為拓撲空間(X,T)的子基或拓撲S的子基,每一個非空集族S必是X=∪S上的某個拓撲的子基,並且該拓撲由S惟一確定,它是包含S的最小拓撲,一個拓撲可以有不同的子基,但子基確定惟一的拓撲。

定義

子基 子基
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子基 子基
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設 是拓撲空間, ,若 中元素的一切有限交之族,即 ={ 是 中有限個元素的交}是集合X上的拓撲 的基,則稱 是拓撲 的 子基, 中的元素稱為 子基開集

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子基 子基
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設 是拓撲空間, ,若 的元素都可表示為 中某些元素的並,即對於 ,存在 使得 ,則稱 是拓撲 的 拓撲基,也稱為拓撲空間 的 拓撲基, 中的元素稱為 基開集

子基 子基
子基 子基

例1 設 是任意拓撲空間,則 就是它的基。

例2 設X是非空集,記

子基 子基
子基 子基

則 是集合X上的離散拓撲的基。

相關定理

定理1

子基 子基
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子基 子基
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子基 子基
子基 子基

設 是拓撲空間, ,則 是拓撲 的基的充分必要條件是對於任意 ,任意 ,存在 ,使得 。

子基 子基
子基 子基
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證明: 必要性:對於 ,因為 是 的基,從而

子基 子基
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子基 子基
子基 子基

其中 ,所以對於任意 ,存在 ,使得

子基 子基
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子基 子基
子基 子基
子基 子基
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充分性:任取 ,若 ,則取 ,從而 ,若 ,則對於任意 ,存在 使得

子基 子基
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子基 子基
子基 子基
子基 子基
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於是 ,記 ,因此 ,又 ,所以 是 的基。

定理2

子基 子基
子基 子基
子基 子基

設 是非空集X的一個子集族,則 是集合X 上的某一拓撲的基的充分必要條件是 滿足下列條件

子基 子基

(1) ;

子基 子基
子基 子基

(2)對於任意 是 中某些元素的並。

子基 子基
子基 子基
子基 子基

若 滿足上述兩個條件,則集合X上以 為基的拓撲是唯一的,此拓撲稱為 為基生成的集合X上的拓撲

定理3

子基 子基
子基 子基
子基 子基
子基 子基

設X為非空集, ,並且 ,則集合X上存在唯一拓撲以 為子基,這個拓撲稱為以 為子基生成的集合X上的拓撲 。

證明

子基 子基
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={B B是 中有限個元素的交}.

子基 子基
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因為 ,從而 ,又對於 中任意兩個元素的交是 中元素的有限交,可見 的任意兩個元素的交屬於 ,於是這個交是 中元素的並。因此,從定理2中條件的充分性可知,集合X上有拓撲 以 為它的基,所以 是此拓撲 的子基,若 *是以 為子基的集合X上的另一拓撲,則根據子基定義, *是以為基,所以,由定理2可知 *=。

子基 子基
子基 子基

例3 設 ,則以 為子基生成的集合X上的拓撲是

子基 子基

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